ARLA/CLUSTER: Verticais encurtadas: como ficam os radiais? ( fwd QRP-BR )

Sexta-Feira, 18 de Janeiro de 2008 - 13:20:54 WET

Caros colegas

Uma antena é sempre composta por dois terminais em oposição de fase. Sejam
artificialmente encurtados compridos ou ressonantes, devem existir sempre
dois pontos de tensão, desfasados em 180 graus em algum lado para que a
radiação seja eficaz. A eficiencia de uma antena e como muito bem diz o
colega Carlos Neves, depende da resistencia de radiação, e esta resistencia
não é o mesmo que impedancia. A impedancia de uma antena, é a soma da
resistencia de radiação com a resistencia de perdas. Ao passo que se encurta
uma antena, aumenta-se a resistencia de perda e diminui-se a resistencia de
radiação. Uma simples antena de vareta, com 1 ou 2 m de comprimento, quando
artificialmente colocada em ressonancia, através de um sintonisador ( que
mais não faz do que alterar a fase da tensão de RF de modo a que o ventre de
tensão fique no topo da vareta), apresenta uma resistencia de radiação
extremamente baixa, da ordem de 1ohm ou menos e 49 ohms ou mais de perda. A
resistencia de perda é a resistencia electrica dos materiais, a resistencia
de terra e piora tudo quando existem bobines, pois devido á sua reactancia ,
ao serem atravessadas por correntes de RF aquecem e aumentam bastante a
resistencia de perda. Sabe-se que a capacidade em ralação ao plano de terra,
apresentada por um elemento radiador, encurta o seu comprimento fisico, pelo
que se utilizam os chamados chapéus capacitivos, para encurtar fisicamente
um elemento de antena. Na verdade os chapéus capacitivos servem para
adicionar capacidade entre os dois elementos duma antena. Assim sendo, com a
adição dos chapeus capacitivos, diminui-se não só o comprimento da antena
para uma dada frequencia, como tambem a indutancia necessaria das bobines de
carga, de modo a diminuir a resistencia de perda. Em ondas longas, nos
radiofarois utilizam-se chapeus capacitivos enormes, que permitem uma antena
com comprimentos de 1/8 de onda ou menos, funcionarem com bom rendimento, em
frequencia muito baixas.
Quanto aos planos de terra, e porque na campo das antenas estamos sempre a
aprender, e cada caso é uma caso, devemos observar os comportamentos padrão
que se repetem mais ou menos frequentemente nas diversas montagens. A antena
mais simples é porventura a mais eficiente, e não passa de um simples dipolo
de meia onda, em que a resistencia de radiação é praticamente igual à
impedancia. A resistencia de perda neste caso seria apenas a resistencia
ohmica do fio. Se colocarmos um dipolo na verticalteremos uma antena
vertical como é logico. E se queremos que a antena apresente cerca de 50ohms
então teremos de formar um angulo de cerca de 120 graus entre os dois
elementos da antena para baixar a impedancia, mantendo-se a eficiencia
elevada. Neste caso a antena adquir alguma direcionalidade no sentido da
dobra dos elementos. Para evitar esse inconveniente, adiciona-se mais 2 ou 3
radiais e a coisa fica omnidirecional. Temos então uma antena verical de 1/4
de onda, com mais 3 ou 4 radiais de tambem 1/4 de onda, que no total dá uma
antena vertical de meia onda, ou seja nada mais nada menos que um simples
dipolo vertical independentemente do numero de radiais que tem. o ganho
desta antena é de 1 dBd e nada mais que isso. A resistencia de radiação
desta antena é de 50 ohms menos a resistencia de perda que é apenas a
resistencia electrica dos elementos.
Quanto às antenas estarem com radiais enterrados ou no ar, a diferença é que
a terra condutora quando alimentada pelos radiais enterrados forma um plano
capacitivo muito elevado em relação ao elemento vertical, pelo que a altura
do elemento vertical sai muito encurtada. É diferente colocar apenas 3
elementos ou colocar uma chapa circular com 1/4 de onda raio na base da
antena. Como tal é normal as antenas montadas ao nivel do solo, com planos
de terra enormes, e como tal muito capacitivos, terem um comprimento menor
que uma montada com apenas 3 radiais de 1/4 de onda. Note-se que para
efeitos de ressonacia apenas é valido o comprimento de 1/4 de onda, ou o
ponto em que a tensão de RF esteja desfasada em 90 graus em relação ao ponto
de alimentação, porque mesmo nos planos de terra enterrados, existe pontos
de tensão elevados de RF no solo.
Para terminar, só queria referir que talvez o colega Neves esteja a
confundir a resistencia de radiação da antena de 1/4 de onda ao afirmar que
é de 32 ohms. Esse valor é normalmente a impedancia no ponto de alimentação,
duma antena com os radiais a 90 graus, pelo que se necessita de usar um
troço de cabo coaxial na alimentação, ou outro dispositivo, como
transformador de impedancia. No entanto a resistencia de radiação é tambem
de 32 ohms,  devido ao facto da resistencia de perda ser baixa, e neste caso
a eficiencia é sempre elevada, bem proxima de 100%. Um caso tipico de
necessidade de ajustar este tipo de antena, são aquelas antenas normalmente
usadas pelos bombeiros em VHF banda baixa, em que o elemento vertical é
dobrado e ligado à massa nos radiais, aumentando assim a impedancia do
elemento, de modo a que com os radiais a 90 graus fique proxima dos 50ohms.
Convem lembrar uma coisa importante. Não é o valor da resistencia de
radiação que torna a antena mais ou menos eficiente, mas sim a resistencia
de perda, e as duas estão inversamente relacionadas.
Uma antena eficiente com 50ohms, não é mais eficiente que uma com 75ohms ou
300 ohms ou mesmo 10 ohms, desde que a resistencia de perda seja apenas
residual. Em broadcasting de FM usa-se muito colocar uma serie de dipolos em
paralelo, ficando a impedancia destes em meia duzia de ohms ( 8 dipolos de
50 ohms ficam com 6,25 ohms), e depois utiliza-se um transformador de
impedancia (normalmente uma linha de 1/4 de onda com uma determinada
impedancia) para elevar aos 50 ohms do cabo e do emissor a impedancia do
conjunto. Aqui a resistencia total de radiação é bem baixa e é eficiente, o
mesmo se passa com um dipolo dobrado de 300 ohnms que se alimentado por uma
linha de 300ohms e ligado a um emissor com saida a 300 ohms, tambem é quase
100% eficiente, sendo a resistencia de radiação neste caso elevada.
E posto isto, devido a que de facto o campo das antenas é das coisas mais
complicadas, e onde se está sempre a aprender, fico à espera de mais
"material" sobre este assunto, porque tambem eu gosto muito de aprender e de
ser corrigido naquilo em que porventura possa estar errado.
Um bom fim de semana para todos

73 de CT4RK

m 18/01/08, Carlos Neves (CT3FQ) <ct3fq  ct3team.com> escreveu:
>
> Bom dia
> Depende do que estamos a falar. Se de radiais elevados ou de enterrados.
> Se tiverem enterrados o comprimento não é critico e quanto maior for o
> nº de radiais melhor.
> O maior problema das antenas verticais reside na eficiencia versus
> perdas, pois 1/4 vertical com 4 radiais apresenta uma resistência de
> radiação na ordem dos 32 ohms muito longe dos 52 desejados.
>
> Sem dúvida um bom assunto para ser discutido pelos presentes.
>
> 73
>
> Carlos Neves
>
>
> Carlos Fonseca - CT1GFQ wrote:
> >
> >
> >
> > Oi pessoal, bom dia.
> >
> > Uma dúvida que me surgiu: em antenas verticais encurtadas (por bobina ou
> > chapéu), montadas em solo (como a PAC12, por exemplo), como deveriam
> > ser os
> > radiais?
> >
> > Hipóteses que pensei:
> > . seguir a convenção de pelo menos 4 radiais de 1/4 de onda (ou mais
> > radiais)
> > . usar 4 (ou mais) radiais também bobinados
> > . usar 4 (ou mais) radiais do tamanho físico da antena
> > . NDA :)
> >
> > ----
> >
> > Achei uns links bacanas:
> > http://www.chem.hawaii.edu/uham/radials.html
> > <http://www.chem.hawaii.edu/uham/radials.html>
> > http://www.astrosurf.com/luxorion/qsl-radials.htm
> > <http://www.astrosurf.com/luxorion/qsl-radials.htm>
> >
> > No primeiro, o autor fala literalmente: "radiais de terra não precisam
> > ser
> > mais compridos do que a altura da antena... uma antena encurtada
> > possui um
> > campo-próximo (near-field) mais compacto... o terra só precisa alcançar
> o
> > limite do campo-próximo".
> >
> > No segundo, eu acho, descobri que os radiais servem como 'retorno'!
> > "parte
> > significativa da energia sai o elemento irradiante para o solo (que é um
> > terra com muita perda). Esta radiação deve ser re-injetada no sistema,
> no
> > ponto de alimentação desta, com a menor perda possível para ser
> irradiado
> > pela antena em um novo ciclo".
> >
> > --hg
> >
> > ------------------------------------------------------------------------
> >
> > _______________________________________________
> > CLUSTER mailing list
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